[发明专利]一种用于催化析氢的涂层电极及其制备方法

说明书

本发明涉及的用于催化析氢的涂层电极包括Ti基底、以及设置在所述Ti基底表面的(W,Fe)C‑P涂层。该涂层电极直接将具有催化活性的(W,Fe)C‑P涂层制备在Ti基底电极上，相较于传统的采用粘合剂制备的涂覆型电极，该涂层电极结合力更好，具有更佳的稳定性，延长了电极的使用寿命；价格低廉的(W,Fe)C合金具有更高的析氢催化活性，(W,Fe)C中引入P元素进一步提升其催化析氢的催化活性，提高了催化析氢的工作效率并且降低了制备催化析氢的涂层电极的成本。

技术领域

本发明涉及一种用于催化析氢的涂层电极及其制备方法。

背景技术

能源是人类赖以生存的重要基础，是推动国民经济与社会发展的动力。随着人们对能源需求的不断增加以及环境污染问题的日益严重，寻求清洁可持续的能源已经成为人类迫在眉睫的问题。氢气(H₂)作为清洁能源在未来的能源版图中将发挥重要作用，然而氢气不是自然存在的，需通过一定方法进行制备。电解水制氢具有成本较低、效率高、环境友好、以及安全性较好等优点，是将电能转换为化学能的理想路径，备受人们青睐。目前电催化析氢反应活性最好的固态催化剂是贵金属铂(Pt)，但是高成本和低储量严重地限制了贵金属材料的工业应用。此外大部分用于催化析氢反应的电极都是采用粘合剂将粉末状的催化材料涂覆在基底电极上，由于粘合剂自身的附着力差，在电解过程中易脱落，从而降低电极的工作稳定性。同时，粘结剂会致使电极电阻增加、暴露在溶液中的活性位点减少、并降低了反应离子的扩散速率，从而极大地降低了电极的析氢效率。因此，急需一种成本低且稳定性高的催化材料，以实现电解水制氢的大规模化生产和广泛应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于催化析氢且具有良好催化活性、稳定性高以及价格低廉的涂层电极。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于催化析氢的涂层电极，包括Ti基底、以及设置在所述Ti基底表面的(W,Fe)C-P涂层。

进一步地，所述(W,Fe)C-P涂层包括(W,Fe)C涂层和嵌入在所述(W,Fe)C涂层内的P元素。

进一步地，所述的(W,Fe)C涂层厚度为3um-6um。

本发明还提供了一种用以制备所述用于催化析氢的涂层电极的制备方法，所述制备方法如下：

S1、提供Ti基底，将所述Ti基底表面粗糙化；

S2、在所述Ti基底表面沉积(W,Fe)C涂层；

S3、在所述(W,Fe)C涂层磷化处理，获得(W,Fe)C-P涂层。

进一步地，所述粗糙化为将所述Ti基底放入苦味酸中加热30min以对其表面进行刻蚀。

进一步地，所述(W,Fe)C涂层由磁控溅射技术沉积制备形成。

进一步地，所述磁控溅射技术使用的W靶和Fe靶，反应气体为C₂H₂。

进一步地，在沉积所述(W,Fe)C涂层之前，所述涂层电极的制备方法还包括将Ti基底、W靶和Fe靶进行清洗和烘干的前处理。

进一步地，对Ti基底进行清洗和烘干的前处理后，所述涂层电极的制备方法还包括由离子轰击清洁所述Ti基底并活化所述Ti基底上的原子。

进一步地，所述磷化处理使用的磷源为亚磷酸钠。

本发明的有益效果在于：本发明所提供的用于催化析氢的涂层电极直接将具有催化活性的(W,Fe)C-P涂层制备在Ti基底电极上，相较于传统的采用粘合剂制备的涂覆型电极，该涂层电极结合力更好，具有更佳的稳定性，延长了电极的使用寿命；价格低廉的(W,Fe)C合金具有更高的析氢催化活性，(W,Fe)C中引入P元素进一步提升其催化析氢的催化活性，提高了催化析氢的工作效率并且降低了制备催化析氢的涂层电极的成本。